Le patate sono il terzo alimento più consumato al mondo e uno spuntino delizioso. Ma le moderne patate agricole richiedono grandi quantità di azoto sotto forma di fertilizzanti nitrati, che sono costosi e possono essere dannosi per l’ambiente.
Un gruppo di ricercatori ha scoperto che lo stesso meccanismo genetico che dice alle patate quando far crescere fiori e tuberi (la parte commestibile) è anche un attore chiave nella gestione dell’azoto della pianta. I risultati, descritti il 6 novembre a Nuovo fitologopotrebbe portare allo sviluppo di varietà di patate che richiedono meno fertilizzanti, facendo risparmiare denaro agli agricoltori e riducendo l’impronta ambientale della coltivazione delle patate.
Le patate, originarie delle Ande, originariamente coltivavano i tuberi solo durante l’inverno come un modo per immagazzinare sostanze nutritive, prendendo spunto dall’accorciarsi delle giornate. Le piante dovettero quindi affrontare una sfida significativa quando furono introdotte in Europa nel XVI secolo. Le giornate invernali più brevi arrivarono insieme a temperature gelide che uccisero le piante prima che potessero coltivare patate di grandi dimensioni.
Alla fine, una mutazione genetica naturale nel gene StCDF1che controlla la crescita dei tuberi, ha aiutato le piante di patate ad adattarsi alla coltivazione dei tuberi in qualsiasi momento e molto più a nord. Le piante non avevano più bisogno di spunti stagionali.
Ricercatori che studiano StCDF1 per capire come regola la risposta della pianta al ciclo della luce diurna, ha scoperto che funziona come un interruttore, attivando determinati geni e spegnendone altri. Ma sono rimasti sorpresi nello scoprire che può attivare e disattivare i geni essenziali per l’assorbimento dell’azoto, afferma Maroof Ahmed Shaikh, biologo molecolare vegetale presso il Centro di ricerca sulla genomica agricola di Barcellona. Fondamentalmente, StCDF1 interrompe la produzione di un enzima chiamato nitrato reduttasi, che scompone le molecole di nitrato in modo che possano essere utilizzate dalla pianta.
Questa scoperta rivela che la modifica genetica che ha permesso alle patate di diventare un alimento base a livello mondiale ha anche reso le piante più affamate di fertilizzanti.
Per verificare se la modifica di questo gene avrebbe influenzato l’assorbimento di azoto, i ricercatori hanno coltivato piante di patate con un disabile StCDF1 gene in un ambiente a basso contenuto di azoto – circa 400 volte meno del terreno tipico – e hanno studiato come si comportavano rispetto alle normali piante di patate. IL StCDF1-le piante carenti non potevano coltivare tuberi, ma producevano foglie più grandi e radici più lunghe nonostante la mancanza di azoto. “Sembravano felici”, dice Shaikh.
Le varietà andine probabilmente avevano un’attività meno attiva StCDF1 gene e potrebbero crescere meglio con meno azoto, spiega il team.
Tuttavia, è la forma più attiva di StCDF1 è presente in tutte le varietà di patate commerciali coltivate in tutto il mondo. Il compromesso: il raccolto di base non riesce ad assimilare l’azoto, afferma la biologa vegetale Salomé Prat, anch’essa del Centro di ricerca sulla genomica agricola. “Questo è un problema”, perché porta gli agricoltori a utilizzare più fertilizzanti di quanto la pianta possa assorbire, afferma Prat. “Quando piove, questo fertilizzante in eccesso finisce nelle falde acquifere, inquinandole”.
La scoperta apre la strada allo sviluppo di varietà di patate con una maggiore efficienza dell’azoto. I ricercatori stanno progettando di utilizzare tecniche di editing genetico per modificare il gene che produce l’enzima nitrato reduttasi, in modo che non venga represso StCDF1. Il team ha condotto esperimenti dimostrando che ciò è teoricamente possibile. Lo stesso obiettivo potrebbe essere raggiunto utilizzando la selezione tradizionale, incrociando patate agricole con varietà selvatiche o tradizionali che presentano naturalmente geni della nitrato reduttasi alterati.
“L’assorbimento di azoto è uno dei maggiori ostacoli in agricoltura”, afferma Stephan Pollmann, biologo vegetale presso il Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas di Madrid, non coinvolto nel nuovo studio. Oltre ad essere scientificamente interessante, il fatto che si tratti di patate, una vera coltura coltivata in tutto il mondo essenziale per la sicurezza alimentare, rende questa scoperta potenzialmente “distruttrice”, afferma Pollmann. “Se riesci a migliorare l’assimilazione dei nitrati, quindi la nutrizione della pianta, che di conseguenza ti darà tuberi più grandi, questo è estremamente importante.”
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